第一節 產品定義及發展歷程
一、產品定義
預浸料是用于制造樹脂基復合材料的浸漬樹脂體系的纖維或其織物經烘干或預聚的中間材料。
碳纖維,它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼具紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。
碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性,是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維。此外,碳纖維還兼有其它多種優良性能,如低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、震動衰減性高、電及熱導性高、熱膨脹系數低、X光穿透性高,非磁體但有電磁屏蔽性等。多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中,構成復合材料。
碳纖維預浸料是把碳纖維浸漬在環氧樹脂、聚酯樹脂、熱可塑性樹脂等樹脂中制成的預浸料片材產品,是復合材料的中間材料。
二、發展歷程
碳纖維最早由美國聯合碳化物公司和美國空軍材料實驗室于1959年投產,原絲采用粘膠纖維。1962年,日本碳公司進行了通用級聚丙烯腈基碳纖維的生產。1971年,日本東麗公司的高性能聚丙烯腈基碳纖維投產。瀝青基碳纖維是日本吳羽化學工業公司于1973年投產的。聯合碳化物公司生產了高模量瀝青基碳纖維,1985年,美國、日本及西歐的聚丙烯腈基碳纖維年生產能力共約有7.25kt,瀝青基碳纖維為1.28kt。
我國對碳纖維的研究開始于20世紀60年代,80年代開始研究高強型碳纖維。多年來進展緩慢,但也取得了一定成績。從2000年開始我國碳纖維向技術多元化發展,放棄了原來的硝酸法原絲制造技術,采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術獲得成功。
我國碳纖維復合材料的研制開始于20世紀70年代中期,經過近40年的發展,已取得了長足進展,在航天主導產品(彈、箭、星、船)上得到了廣泛應用。近年來,我國體育休閑用品及壓力容器等領域對碳纖維的需求迅速增長,航空航天技術的快速發展急需高性能碳纖維及其復合材料等,市場需求更加旺盛。
第二節 產品特點及應用領域分析
一、產品特點
使用預浸料生產的復合材料相比于其他材料來說,能改善強度,硬度,耐蝕性,疲勞壽命,耐磨耗性,耐沖擊性,輕量化等多種特性。經常使用于宇宙航空產業,一般產業,運動,休閑用品等的生產上。
二、應用領域
世界碳纖維的消費結構集中在工業應用、航天航空和體育休閑三個方面,目前工業應用約占總消費量的58%;航空航天方面應用約占23%,體育運動器材應用約占19%。1991-2009年,碳纖維在工業應用領域的消耗是持續增長的,航空航天領域基本保持平衡,而體育用品在碳纖維應用的比例則持續下降,碳纖維應用逐漸從航空航天、體育用品向民用工業應用轉移,特別是隨著大絲束碳纖維的大規模生產,其價格將不斷降低,民用工業用量將繼續保持大幅度增加的趨勢。略……
第三節 產品生產工藝特點或流程
碳纖維的制備工藝
第四節 國內外生產技術發展趨勢分析
隨著復合材料研究和開發的不斷進步,使用領域日漸擴大,復合材料構件不同制造工藝、不同工作條件對預浸料也提出了不同要求。為了適應來自多方面的需要,新的預浸料不斷出現,預浸料的類型不斷增加。
按物理狀態分類,預浸料分成單向預浸料、單向織物預浸料、織物預浸料;按樹脂基體不同,預浸料分成熱固性樹脂預浸料和熱塑性樹脂預浸料;根據纖維長度不同,分成短纖維(4176mm以下)預浸料、長纖維(1217mm)預浸料和連續纖維預浸料;按固化溫度不同,分成中溫固化(120℃)預浸料、高溫固化(180℃)預浸料以及固化溫度超過200℃的預浸料等。
當前世界上PAN基炭纖維正處于迅速增長的發展期:產品性能趨向于高性能化。考慮到我國碳纖維的應用還在不斷發展,許多用途還有待開發,如飛機和汽車剎車片、汽車和其他機械零部件的應用以及電子設備套殼、集裝箱、醫療器械、深海勘探和新能源的開發等方面都將是我國碳纖維未來的潛在消費市場,對碳纖維的需求量將更大。略……
第五節 供給分析
一、產量及其增長分析
2006-2010年5月國內碳纖維預浸料產量統計表
單位:萬平米
年份 | 產量 | 同比增長 |
2006年 | 152 | - |
2007年 | 175 | 15.13% |
2008年 | 201 | 14.86% |
2009年 | 224 | 11.44% |
2010年5月 | 106 | 9.36% |
第六節 需求市場分析
一、需求量及其增長分析
2006-2010年5月國內碳纖維預浸料需求量統計表單位:萬平方米
年份 | 需求量 | 同比 |
2006年 | 2742 | |
2007年 | 3985 | 45.33% |
2008年 | 5159 | 29.46% |
2009年 | 7048 | 36.62% |
2010年1-5月累計 | 3118 | 11.98% |
二、市場需求結構分析
碳纖維預浸料需求結構分布圖
三、市場需求影響因素分析
據航空咨詢公司AeroStrategy調查,航空航天業占有碳纖維最大的市場份額:波音和空客幾乎占據了碳纖維需求量的50%。其他主要的使用CFRP的行業有工業(15%)、運動制品(14%)、風能(11%)和汽車(10%)。碳纖維復合材料在航空業有著很長的應用歷史,因為它們相對于鋁合金具有顯著的強度、剛度和重量優勢。波音787客機一半的重量都是碳纖維復合材料,這使得飛機更堅固、更輕、更節油,航空業的發展促進了產品的需求
除了航空航天、賽車和高端運動制品外,碳纖維預浸料在許多新的制造領域的應用正逐漸增多,在這些領域內,材料成本是其次,性能、高強度和輕質才是主要的考慮因素,應用領域拓寬,對產品的需求量增加。略……
第七節 發展問題
碳纖維的戰略重要性、技術上的封鎖、市場供應不足,引起了科技界、企業和投資方的高度關切與興趣。從21世紀初開始,在PAN原絲和碳纖維研發、產業化和產業發展上,逐步形成投資熱潮。各級政府的大力支持是關鍵因素,有些地方政府領導人大力扶植,投資巨大,這對推動碳纖維產業發展固然有積極作用,但同時帶來一些不良后果,也不容忽視。
1、從發展前景看,總結國際碳纖維產業發展歷程,規模化生產是降低成本、參與市場競爭的重要前提。目前建設地點遍布東、中、西部20多個省(市),利益主體不同,規模大小不一,技術水平參差不齊,有些遠離主要原料產地,難以做大做強,又難以整合。專家認為,中國建設3~5家碳纖維生產企業是合理的,通過優勝劣汰,大部分企業將難以生存,損失將是巨大的。
2、從技術層面看,由于多數企業依靠“挖人戰術”,造成師出同門,技術水平和工藝路線處于同一檔次,技術無特色,產品低質量,屬于低水平重復建設。碳纖維技術被日本、美國等專利覆蓋,我國企業缺乏核心自主知識產權的技術支撐,尚未全面掌握完整的碳纖維核心關鍵技術,因而影響了碳纖維的規模生產和全球銷售。
3、從市場需求看,增強樹脂復合材料是碳纖維的主要市場,約占90%以上的市場份額,對碳纖維質量有較高要求,日本東麗公司T300的質量標準大體是質量門檻值,除少數企業外,國產碳纖維產品質量目前尚達不到這一門檻值,特別是在性能穩定性上差距較大,因此難以進入樹脂基復合材料市場。由于能耗、物耗高,國產碳纖維成本居高不下,無法與進口碳纖維爭奪市場,與在建和擬建產能比較,今后一段時期國內外市場對國產碳纖維的消化能力不容樂觀。
4、從環境因素看,碳纖維原料丙烯腈屬劇毒和易燃易爆產品,安全部門要求運輸半徑不大于500km,不宜零星長距離運輸;同時生產過程中的污水和廢氣治理技術難度較大,成本也較高,而且技術不成熟。國內碳纖維企業小而散的分布,加大了企業的安全和環保成本,不利于整個行業的可持續發展。
第八節 應對策略
1、強化研發能力
目前,國內碳纖維預浸料企業缺乏研發和規模生產實力。因此,強化產品研發能力,提高產品品質、技術含量是當前國內企業的當務之急。
2、加強行業合作
我國企業必須保持較快的發展速度,鼓勵生產企業聯合兼并,盡快實現規模經濟,以提高生產集中度和市場占有率。通過調整行業、產品和企業組織結構,促進本行業未來的發展。
3、重視質量管理
造成國內下游需求行業重進口輕國產的主要原因是,國產產品較國外產品在質量上存在著較大的差距。企業應積極地爭取通過ISO9000質量體系認證,把質量體系認證視為企業進入碳纖維預浸料生產企業行列的資格證書和產品進入市場的入場券。重視質量管理,做好ISO9000認證,是我國企業贏得市場競爭的長遠大計。略……
第九節 投資行為分析
一、進入/退出壁壘分析
1、進入壁壘
1)資金障礙
碳纖維預浸料屬于資金密集型行業。隨著國內碳纖維企業平均規模的擴大,新進入企業必須達到一定的經濟規模,才能與現有企業在設備、技術、成本等方面展開競爭。一定的經濟規模必須以大量的資金投入作為保障,從而構成了碳纖維預浸料行業的資金壁壘。
2)技術壁壘
碳纖維是我國國防工業中不可缺少的材料。是戰略物資,先進的復合材料是戰略性關鍵技術。行業的技術要求較高,技術壁壘較高。
3市場進入障礙
碳纖維主用應用領域為國防軍工業、航天航空以及部分應用于民用工業,
以上領域的各個行業有嚴格的行業標準和規定限制,尤其是安全領域,產品進入需要經過嚴格的檢測、認證等一系列工作,受國家行業政策導向影響較大。同時,新進入者在市場銷售網絡的建設方面將面臨許多障礙。
2、退出壁壘
1)由埋沒費用形成的退出壁壘。企業投資后形成的固定資產,由于特定產品的生產和銷售而變得特殊化,形成專用性資產。在很多情況下不容易將專用性很強的固定資產轉賣給他人或其他企業。當企業退出某一產業時,不得不放棄一部分設備,這些設備的價值就不能全部收回或完全不能收回。這部分不能收回的費用叫做埋沒費用或沉沒成本,它是企業退出產業時的一種損失,也就構成了企業退出時的障礙。埋沒費用越大,退出越難,損失也越大。
2)解雇費用形成的退出壁壘。在大多數情況下,企業退出某一產業時要給解雇工人支付退職金和解雇工資。有時為了讓工人改行,還需要支付培訓費用和行政費用。這些費用是企業退出某一產業時需要付出的代價,也構成了退出壁壘。
3)固定成本形成的退出壁壘,主要包括:如果企業準備退出,撕毀原本訂立的購買原材料及推銷產品的長期合同會被罰款,企業必須支付違約成本;企業的退出會影響職工的情緒,生產能力下降,財務狀況容易惡化;退出表明企業沒有發展前景,增加了企業轉移出去后的融資困難,使企業的信用等級降低,提高了融資成本,等等。
4)結合生產形成的退出壁壘。結合生產在許多產業中存在,例如,在石油精煉產業中,從汽油到輕油、煤油、重油等多種油品都使用石油作原料進行結合生產。現在即使重油的市場需求顯著下降,但降低重油的產量卻有限度。這樣,在結合生產的產業,即使一部分市場需求下降,但作為結合生產結果的一部分要單獨退出是相當困難的。
5)政策、法規形成的退出壁壘。政府為了一定的目的,往往通過制訂政策和法規來限制生產某些產品的企業從產業內退出。
二、投資前景分析
碳纖維材料是21世紀最具誘惑力的高性能新型纖維材料,廣泛用于航天航空、軍工、交通、醫療、紡織等領域。目前,我國每年使用碳纖維量約在3000噸左右,占世界碳纖維用量的13.6%,且以10%-15%的速度穩步增長,市場潛力巨大。
碳纖維的出現使纖維增強復合材料更具有廣闊的應用前景,極大地提高了人們的生活質量,具有巨大的社會效益,行業投資前景較好。
三、新項目推薦地域
中經縱橫推薦新項目投資區域為吉林省。
纖維作為高性能纖維材料及復合功能材料用料將獲得更多的政策扶持。2010年1月,中國國家科技部將吉林省吉林市認定為國家碳纖維高新技術產業化基地,這也是科技部認定的唯一碳纖維產業化基地,這標志著吉林的碳纖維產業發展上升為國家發展戰略層面,成為中國發展碳纖維產業的重點基地。
第十節 投資發展建議(CMRN)
1、盡快掌握核心技術
碳纖維生產工藝流程長、技術關鍵點多,是多學科、多技術的集成,發展我國的碳纖維工業,當前首先要解決工程化問題。可采用消化吸收引進技術與自主創新相結合辦法,盡快實現規模化工業生產,在工程實踐和生產實踐中鍛煉人才,積累經驗,在發展中不斷提升技術水平,真正掌握核心技術。首先必須解決原絲質量問題,同時還需要加強預氧化、碳化、石墨化設備及表面處理工程技術研究開發。在熟練掌握碳纖維生產技術的前提下,在碳纖維原材料原絲生產上取得突破,發展高質量的上游產品生產線,保證碳纖維生產穩定、高質。
2、降低生產成本
價格是制約碳纖維發展的主要因素,世界上碳纖維生產廠商都在致力于降低碳纖維生產成本。在保證質量的基礎上降低成本,許多工業應用才有實用價值。為廣泛應用創造了條件,才能帶來碳纖維工業的高速發展。降低成本的主要措施有降低碳纖維用原絲成本及新型節能技術及裝備的采用等。
3、加強應用研究和市場開發
碳纖維很少直接使用,大多是經深加工制成中間產物或復合材料后使用。為此,應大力開展應用研究,擴大使用范圍,形成產業鏈,提升其附加值,通過上下游產業共同努力,促使我國碳纖維產業走上快速發展軌道。逐步建立健全碳纖維工業生產及應用研發體系,立足自身,加強交流與合作,同時密切關注國際上著名碳纖維生產廠商技術發展進程,借鑒其發展經驗,加快發展步伐,努力縮小差距。現階段應用研究應重點著力于碳纖維及其復合材料相應標準的建立,碳纖維及其復合材料性能表征、質量控制與保證,復合材料的修補技術、回收使用技術等。
4、實現原絲制備和碳纖維生產一體化
原絲品質直接影響CF性能的穩定性以及企業對碳纖維品質和生產成本的控制。國外一些知名的碳纖維公司,如東麗、東邦和三菱人造絲公司等均擁有自己配套的原絲生產裝置;我國PAN基碳纖維在原絲制備方面擁有多種工藝和生產實踐經驗,可供選擇的空間較大。最近有信息透露,原美國杜邦公司專家KennethWilkinson先生開發了新的PAN-CF工藝,該工藝使用了專門的催化劑與添加劑,促進了碳化交鏈和取向過程,使氧化時間縮短了1/3—1/5,大大降低了纖維的制造成本。略……
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